DE19753320A1 - AC machine esp transverse flux type - Google Patents

AC machine esp transverse flux type

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DE19753320A1
DE19753320A1 DE19753320A DE19753320A DE19753320A1 DE 19753320 A1 DE19753320 A1 DE 19753320A1 DE 19753320 A DE19753320 A DE 19753320A DE 19753320 A DE19753320 A DE 19753320A DE 19753320 A1 DE19753320 A1 DE 19753320A1
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cooling
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Andreas Lange
Uwe Muehlberger
Robert Dr Mueller
Guenter Schoelzel
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Voith Turbo GmbH and Co KG
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Voith Turbo GmbH and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Abstract

The transverse flux type AC machine has at least one cooling unit. The rotor and the stator form at least respectively inner and outer intermediate space in a radial direction. The cooling unit includes at least one cooling circuit assigned to at least one intermediate space, which at least indirectly connects the discharge from the intermediate space with the input point in the intermediate space. The cooling unit includes facilities, which in the region of the input point superimpose the cooling medium at least with a low gauge pressure. A common cooling circuit is provided for each of the intermediate spaces. The cooling circuit includes a central discharge line, which is couplable with the outputs from the intermediate spaces and a central supply line which is couplable with a multiple of connecting lines to the individual input points of the intermediate spaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine, insbesondere einer Transversalflußmaschine, ferner eine Wechselstrommaschine, insbesondere Transversalflußmaschine.The invention relates to a method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine, also a AC machine, in particular transverse flux machine.

Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrommaschinen sind in verschiedenen Ausführungen aus einer Vielzahl von Druckschriften bekannt. Wechselstrommaschinen, beispielsweise Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen, die nach dem Prinzip der Drehfelderzeugung arbeiten, sind aus Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Seite V18-V31, bekannt.Electrical machines in the form of AC machines are in various designs known from a variety of publications. AC machines, for example asynchronous machines or Synchronous machines that work on the principle of rotary field generation, are from Dubbel, paperback for mechanical engineering, page V18-V31, known.

Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, sind beispielsweise in den Druckschriften
Electrical machines in the form of alternating current machines that work according to the transverse flow principle are, for example, in the documents

  • (1) DE 35 36 538 A1(1) DE 35 36 538 A1
  • (2) DE 37 05 089 C1(2) DE 37 05 089 C1
  • (3) DE 39 04 516 C1(3) DE 39 04 516 C1
  • (4) DE 41 25 779 C1(4) DE 41 25 779 C1

offenbart. Diese beschreiben im wesentlichen das Grundprinzip und den Aufbau.disclosed. These essentially describe the basic principle and the Construction.

Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, umfassen wenigstens einen Stator mit mindestens einer Ankerwicklung und einen der Ankerwicklung gegenüberliegenden Rotor. Der Rotor besteht dabei aus wenigstens zwei nebeneinander angeordneten, durch eine Zwischenlage aus magnetisch und elektrisch nicht leitenden Material getrennten, Ringelementen, die in Umfangsrichtung eine Vielzahl von wechselweise angeordneten polarisierten Magneten und Weicheisenelementen aufweisen. Eine derartige Anordnung zweier Ringelemente bildet eine Polstruktur. AC machines that work on the transverse flow principle, comprise at least one stator with at least one armature winding and a rotor opposite the armature winding. The rotor is there from at least two side by side, by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material, Ring elements in the circumferential direction a variety of alternately have arranged polarized magnets and soft iron elements. Such an arrangement of two ring elements forms a pole structure.  

Vorzugsweise sind Transversalflußmaschinen symmetrisch aufgebaut. Diese umfassen dann zwei durch eine zentrale Trägerscheibe getrennte Polstrukturen.Transverse flux machines are preferably constructed symmetrically. This then comprise two separated by a central carrier disc Pole structures.

Bei einer derartigen Maschine wird im Betrieb sowohl im Rotor als auch im Stator aufgrund der durch die Wicklungen und die Magnetkerne auftretenden und durch induzierte Wirbelströme bedingten Verlustleistungen Wärme erzeugt. Diese begrenzt bei Nichtergreifung geeigneter Maßnahmen die Belastbarkeit, die Belastungsdauer und damit auch die Einsetzbarkeit der Wechselstrommaschine. Insbesondere sind vor allem Situationen kritisch, bei denen eine solche Maschine bei hoher Last und vor allem hoher Drehzahl arbeitet.In such a machine is in operation both in the rotor and in Stator due to those occurring through the windings and the magnetic cores and heat losses due to induced eddy currents generated. If appropriate measures are not taken, this limits the Resilience, the duration of loading and thus also the usability of the AC machine. In particular, situations are particularly critical such a machine at high load and above all high speed is working.

Zur Vermeidung dieses nachteiligen Effektes ist es grundsätzlich bekannt, den Stator an Kühleinrichtungen anzuschließen. Auf diese Weise kann eine Erwärmung der Maschine und deren Komponenten verringert werden.In order to avoid this disadvantageous effect, it is generally known that Connect stator to cooling devices. In this way, a Heating of the machine and its components can be reduced.

Aus der DE 43 35 848 A1 sind des weiteren eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verbesserung der Kühlwirkung bekannt, im einzelnen eine Kühlanordnung derart auszuführen, daß die Kühleinrichtungen mindestens einen Kühlkanal aufweisen, welcher im Bereich oder in der Nähe der Trägerscheibe in den Stator eingebaut und von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Jeder Kühlkanal ist dabei von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Luftspalt zwischen Rotor und Stator getrennt.From DE 43 35 848 A1 there are also a multitude of possibilities Known to improve the cooling effect, in particular a cooling arrangement perform such that the cooling devices at least one cooling channel have, which in the area or near the carrier disc in the Stator installed and can be flowed through by a cooling fluid. Every cooling channel is only minimal from the carrier disc by a channel cover Thickness and the air gap between the rotor and stator separated.

Ebenfalls aus dieser Druckschrift bekannt ist eine Ausführung mit axial verlaufendem Kühlkanal in einer Distanzscheibe, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist. Die Distanzscheibe liegt der Trägerscheibe radial gegenüber, ist symmetrisch zur Trägerscheibe angeordnet und gegenüber den Statorabschnitten thermisch isoliert. Diese besteht aus einem Material, das magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt.An embodiment with axial is also known from this document running cooling channel in a spacer, which is between a pair of stator sections is provided. The spacer is the Carrier disc radially opposite, is symmetrical to the carrier disc arranged and thermally insulated from the stator sections. This  is made of a material that is magnetically passive and a good one Has thermal conductivity.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Wärmeabführung besteht darin, die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinandergreifenden komplementären Zähnen zu versehen, welche im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.Another way to improve heat dissipation in it, the carrier disc and in the area of the cooling channels opposite areas of the stator with interlocking to provide complementary teeth which are substantially parallel have mutually extending surfaces and an air gap from each other are separated.

Anstatt der vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder zusätzlich kann ein Rotor eingesetzt werden, welcher an der Trägerscheibe befestigt, mindestens ein Paar von Sammlerringen aufweist, welche durch einen Isolierring aus magnetisch passiven und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden sind, und bei welchem in den Isolierring, in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind.Instead of the measures described above or in addition, a Rotor, which is attached to the carrier disk, at least has a pair of collector rings, which consists of an insulating ring magnetically passive and electrically non-conductive material are connected, and in which in the insulating ring, distributed in the circumferential direction, memory cells are incorporated, which are filled with a phase change material.

Die Wirkung dieser bekannten Maßnahmen kann durch eine geeignete Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung erhöht werden.The effect of these known measures can be determined by a suitable one Material selection and surface treatment can be increased.

Diesen aus der Druckschrift DE 43 35 848 A1 bekannten Maßnahmen ist gemeinsam, daß es dabei um eine Möglichkeit der indirekten Rotorkühlung handelt, bei der die Verlustwärme zum Teil erst über isolierende Medien, z. B. Luft und Kunststoffe abgeführt werden kann bzw. im Falle der Speicherzellen die Verlustspitzen abgepuffert werden. Die Dauerleistung der Wechselstrommaschine wird dadurch beschnitten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß große Kühleffekte nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand erzielt werden können. Die am stärksten beanspruchten und erwärmten Bereiche des Rotors können oft nicht optimal und vor allem nicht gleichmäßig gekühlt werden, insbesondere davon betroffen sind die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Ringelementen einer Polstruktur und/oder die Verbindung zwischen Trägerscheibe und den Polstrukturen.This is known from the publication DE 43 35 848 A1 common that there is a possibility of indirect rotor cooling is involved, in which the heat loss is only partly via insulating media, e.g. B. Air and plastics can be removed or in the case of storage cells the loss peaks are buffered. The continuous output of the This cuts the AC machine. Another disadvantage is that large cooling effects only with high manufacturing technology Effort can be achieved. The most stressed and heated areas of the rotor can often not be optimal and above all not be cooled evenly, particularly affected  Junctions between the individual ring elements of a pole structure and / or the connection between the carrier disk and the pole structures.

Bei Drehfeldmaschinen, insbesondere Asynchronmaschinen, welche ebenfalls aus Rotor und Stator aufgebaut sind, wobei der Stator vorzugsweise auf einem größeren Durchmesser in radialer Richtung betrachtet als der Rotor angeordnet ist, entzieht sich der Rotor einer intensiven Kühlung, sofern nicht extern ein kühlendes Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, oder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Öl, zugeführt werden. Es ist allgemein bekannt, daß bei Traktionsantrieben größerer Leistung mit Drehfeldmaschinen sich bisher die Durchzugsbelüftung durchgesetzt hat. Bei kleineren Baugrößen bleibt somit die Kühlung des Rotors und damit auch des Statorwickelkopfes jedoch unbefriedigend. Zur Lösung dieses Problemes wird vorgeschlagen, das Bewegen der Luft im Stirnraum zu verbessern und einen internen Luftkreislauf zwischen Statorblechpaket und Rotorblechpaket zu realisieren, um die Kühlung zu verbessern. Bei dieser Lösung wird nur die in der elektrischen Maschine eingeschlossene Luft bewegt. Wärmeinhalt und Wärmeübergang führen jedoch zu keiner spürbaren Verbesserung.In induction machines, especially asynchronous machines, which also are made up of rotor and stator, the stator preferably on considered a larger diameter in the radial direction than the rotor is arranged, the rotor evades intensive cooling, if not externally a cooling gas, for example air or nitrogen, or a Liquid such as water or oil can be supplied. It is generally known that with traction drives with greater performance So far, induction machines have prevailed. At Smaller sizes thus remain the cooling of the rotor and thus the Stator winding head unsatisfactory. To solve this problem proposed to improve the movement of air in the forehead area and a internal air circuit between the stator core and the rotor core realize to improve cooling. With this solution, only the in air trapped in the electrical machine moves. Heat content and However, heat transfer does not lead to any noticeable improvement.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung für eine Wechselstrommaschine, insbesondere eine Transversalflußmaschine derart auszuführen, daß neben der Gewährleistung einer wirkungsvollen Kühlung der Wechselstrommaschine, insbesondere des Rotors als besonders stark beanspruchtes Bauteil, ein geringer konstruktiver und kostenmäßiger Aufwand zu verzeichnen ist. Ein weiteres wesentliches Ziel besteht in der Erhöhung der Dauerleistung und damit der Verfügbarkeit.The invention is therefore based on the object of a cooling arrangement for an AC machine, particularly a transverse flux machine so that in addition to ensuring effective Cooling the AC machine, especially the rotor as special highly stressed component, a less constructive and less expensive Effort is recorded. Another essential goal is the Increase in continuous output and thus availability.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 3 und 18, 19 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The solution according to the invention is characterized by the features of claims 1, 3 and 18, 19. Advantageous configurations are in the Subclaims described.  

Erfindungsgemäß erfolgt die Kühlung der besonders stark beanspruchten Bereiche einer Wechselstrommaschine, welche nach dem Transversalflußprinzip oder dem Drehfeldprinzip arbeitet, und einen, in einem Gehäuse angeordneten Rotor und einem Stator aufweisen, durch Direkteinspritzung bzw. Einbringung von Kühlmittel unter geringem Überdruck von Kühlmittel in den Bereich der zu kühlenden Teile, beispielsweise Rotor und Stator, Ankerwicklungen e.t.c. im Gehäuse, wobei das Kühlmittel nach Wärmeaufnahme aus diesem herausgeführt wird. Der Kreislauf kann offen oder geschlossen sein. Des weiteren kann die Einbringung von Kühlmittel an jeder beliebigen Stelle erfolgen. Die Direkteinspritzung erfolgt dabei entweder direkt auf die Oberflächen von Rotor und/oder Stator und/oder Ankerwicklungen und/oder derart vor diesen Oberflächen in einem bestimmten Abstand, daß eine kühlende Wirkung auf die Oberflächen erzielt wird. Die Einbringrichtung sowie die Anzahl der Einbringstellen und deren Auslegung, d. h. Größe der Einbringöffnung, Größe des Leitungsdurchmessers, Größe des Einbringdruckes hängt vom konkreten Einsatzfall ab.According to the invention, the cooling of the particularly heavily used takes place Areas of an AC machine, which after the Transverse flow principle or the rotating field principle works, and one, in one Have housing arranged rotor and a stator, by Direct injection or introduction of coolant under slight overpressure of coolant in the area of the parts to be cooled, for example rotor and stator, armature windings e.t.c. in the housing, the coolant after Heat absorption is led out of this. The cycle can be open or be closed. Furthermore, the introduction of coolant can anywhere. The direct injection takes place either directly on the surfaces of the rotor and / or stator and / or Armature windings and / or such in front of these surfaces in one certain distance that has a cooling effect on the surfaces becomes. The direction of insertion and the number of insertion points and their number Interpretation, d. H. Size of the insertion opening, size of the Line diameter, size of the application pressure depends on the concrete Use case.

Bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen, insbesondere Transversalflußmaschinen oder Drehfeldmaschine, mit einem Rotor und einen Stator, welche in radialer Richtung wenigstens jeweils einen inneren und/oder einen äußeren Zwischenraum miteinander bilden, wird erfindungsgemäß zur Kühlung Kühlmittel in wenigstens einen der Zwischenräume zwischen Rotor und Stator mit einem geringem Überdruck eingebracht. Ein erster Teil des Kühlmittels tritt in direkten Kontakt mit den erwärmten Bereichen am Rotor, ein zweiter mit den erwärmten Bereichen am Stator und den Ankerwicklungen. Ein dritter Teil vermischt sich mit der im Zwischenraum befindlichen Luft. Durch Wärmeübergang von den stark erwärmten Teilen und Wärmeströmung innerhalb des eingebrachten Kühlmittels kann die Verlustwärme von den Magneten, den Sammlerelementen von Rotor und Stator und den Ankerwicklungen direkt abgeführt werden. Die konventionelle Möglichkeit der indirekten Kühlung wird somit durch eine direkte Kühlung ersetzt. Die Möglichkeit der direkten Kühlung zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Kühlmöglichkeiten mit einfachen Mitteln aus. Insbesondere sind an den einzelnen Bauteilen der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine, keine zusätzlichen aufwendigen Veränderungen zur Erzeugung eines Kühleffektes vorzusehen. Es genügt im einfachsten Fall das Vorsehen eines einzigen Kühlkreislaufes. Des weiteren besteht die Möglichkeit, den Kühleffekt in Abhängigkeit von der Belastung zu steuern, beispielsweise durch Änderung der Einbringmenge, Einbringdauer.When executing AC machines, in particular Transversal flux machines or induction machine, with a rotor and one Stator, which in the radial direction at least one inner and / or forming an outer space with each other is, according to the invention, for Cooling coolant in at least one of the spaces between the rotor and stator introduced with a slight positive pressure. A first part of the Coolant comes into direct contact with the heated areas on the rotor, a second with the heated areas on the stator and the Armature windings. A third part mixes with that in the gap air. Due to heat transfer from the strongly heated parts and Heat flow within the introduced coolant can Heat loss from the magnets, the collector elements of the rotor and Stator and the armature windings are dissipated directly. The conventional one  Indirect cooling is therefore possible through direct cooling replaced. The possibility of direct cooling is characterized by a high level Flexibility in terms of cooling options with simple means. In particular, on the individual components of the AC machine, especially the transverse flux machine, no additional complex To provide changes to create a cooling effect. It is enough in the simplest case is the provision of a single cooling circuit. Furthermore there is the possibility of the cooling effect depending on the load control, for example by changing the contribution amount, contribution period.

Die Einbringung des Kühlmittels erfolgt vorzugsweise beidseitig des Rotors in die zwischen Rotor und Stator gebildeten Zwischenräume, d. h. sowohl in die in radialer Richtung äußeren Zwischenräume als auch in die in radialer Richtung inneren Zwischenräume zwischen Rotor und Stator, welche auch als Luftspalte bezeichnet werden. Eine einseitige Einbringung ist ebenfalls denkbar, jedoch bedeutet dies unter Umständen einen geringeren Kühleffekt. Die Einbringung kann auch über den Zwischenraum direkt auf den Rotoraußenmantel und/oder die Rotorfläche am Innenumfang des Rotors und/oder den Stator erfolgen, dies bedeutet, daß der Betriebsmittelstrahl in einem bestimmten, festlegbaren Winkel auf diese Flächen gerichtet ist.The coolant is preferably introduced on both sides of the rotor in the gaps formed between the rotor and stator, d. H. both in the in the radial direction outer spaces as well as in the radial Towards the inner spaces between the rotor and stator, which are also called Air gaps are called. A one-sided introduction is also conceivable, but this may mean a lower cooling effect. The insertion can also be made directly on the gap Rotor outer jacket and / or the rotor surface on the inner circumference of the rotor and / or the stator, this means that the operating medium beam in is directed to these surfaces at a certain, definable angle.

Für die Einbringung des Kühlmittels in die Zwischenräume in Einbaulage in Umfangsrichtung betrachtet gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise wird jedoch eine Variante gewählt, bei welcher das Kühlmittel im Schnitt der Wechselstrommaschine betrachtet, in Einbaulage in den radial äußeren und/oder inneren Zwischenraum eingebracht wird. Dies bietet den Vorteil, daß für den Rücklauf des Kühlmittels die Schwerkraft optimal ausgenutzt werden kann. Jede andere Möglichkeit der Einbringung des Betriebsmittels in Umfangsrichtung ist ebenfalls denkbar. Zu bevorzugen ist jedoch eine Ausführung mit Einbringung in einem Bereich oberhalb der Rotordrehachse. For the introduction of the coolant into the spaces in the installation position in Considering the circumferential direction, there are a multitude of possibilities. However, a variant is preferably selected in which the coolant viewed in section of the AC machine, in the installed position in the radial outer and / or inner space is introduced. This offers the Advantage that gravity is optimal for the return of the coolant can be exploited. Any other way of introducing the Equipment in the circumferential direction is also conceivable. To be preferred however, a version with insertion in an area above the Rotor axis of rotation.  

Die Einbringung kann des weiteren bezogen auf einen Zwischenraum
The introduction can furthermore refer to an intermediate space

  • 1) im Schnitt in Einbaulage betrachtet entweder nur in einer bestimmten Höhe an einer Einbringstelle oder1) viewed in section in the installation position either only in a certain one Height at a collection point or
  • 2) über eine Vielzahl, in einem bestimmten Abstand in Umfangsrichtung zueinander angeordneter, einzelner Einbringstellen oder2) over a large number, at a certain distance in the circumferential direction arranged individual insertion points or
  • 3) über einem bestimmten Teilbereich der Zwischenräume in Umfangsrichtung erfolgen.3) over a certain portion of the gaps in Circumferential direction.

Die Einbringung des Kühlmittels kann auch in einen Zwischenraum erfolgen, welcher von Rotor und Gehäuse gebildet wird.The coolant can also be introduced into an intermediate space, which is formed by the rotor and housing.

Vorrichtungsmäßig sind dazu entsprechende Durchgangsöffnungen, beispielsweise ein Form von kreisrunden Bohrungen und Langlöchern, im Statorgrundkörper, welcher entweder von einem separaten Gehäuse umschlossen wird oder gleichzeitig auch als Gehäuse ausgebildet sein kann vorzusehen.In terms of the device, there are corresponding through openings, for example, a shape of circular holes and elongated holes, in Stator body, which is either from a separate housing is enclosed or at the same time can also be designed as a housing to provide.

Aufgrund der Einbringung mit Überdruck und evt. vorgenommener Fördermaßnahmen fließt das erwärmte Kühlmittel in einen Sammelbehälter. Dieser ist vorzugsweise in Schwerkraftrichtung , d. h. in einem Bereich in Schwerkraftrichtung unterhalb der Einbringstellen bezogen auf die Einbaulage angeordnet. In diesem Fall sind keine zusätzlichen Einrichtungen zur Förderung des Kühlmittels erforderlich. Eine Anordnung des Sammelbehälters, bei welcher eine Zuführung zu diesem entgegen oder senkrecht zur Schwerkraftrichtung erfolgt, ist bei Vorsehung geeigneter Maßnahmen zur Förderung des Kühlmittels ebenfalls denkbar.Due to the introduction with overpressure and possibly made The heated coolant flows into a collection container. This is preferably in the direction of gravity, i. H. in an area in Direction of gravity below the insertion points in relation to the installation position arranged. In this case, no additional facilities are available Promotion of the coolant required. An arrangement of the Collection container, in which a supply to this counter or perpendicular to the direction of gravity is more appropriate if provided Measures to promote the coolant are also conceivable.

Für die Anordnung des Sammelbehälters bestehen im einzelnen folgende zwei Grundmöglichkeiten:
The following two basic options exist for the arrangement of the collecting container:

  • 1) Anordnung innerhalb des Gehäuses der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine oder 1) arrangement within the housing of the AC machine, in particular the transverse flux machine or  
  • 2) Anordnung außerhalb des Gehäuses der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine.2) arrangement outside the housing of the AC machine, especially the transverse flux machine.

Die Einbringung des Kühlmittels, insbesondere die Festlegung der Richtung des Kühlmittelstrahles kann je nach gewünschtem Effekt auf folgende Arten erfolgen:
Depending on the desired effect, the introduction of the coolant, in particular the determination of the direction of the coolant jet, can be carried out in the following ways:

  • 1) geneigt zur Rotationsrichtung des Rotors1) inclined to the direction of rotation of the rotor
  • 2) in Rotationsrichtung des Rotors2) in the direction of rotation of the rotor
  • 3) senkrecht zur Rotationsrichtung des Rotors oder3) perpendicular to the direction of rotation of the rotor or
  • 4) entgegen der Rotationsrichtung des Rotors.4) against the direction of rotation of the rotor.

Eine Kombination bzw. eine Hintereinanderschaltung dieser Möglichkeiten ist bei entsprechender Anordnung der Einbringstellen ebenfalls denkbar. Zusätzlich können diese Möglichkeiten mit einer Neigung des Kühlmittelstrahles gegenüber den den Zwischenraum bildenden Elementen, d. h. dem Rotor oder dem Stator überlagert werden.A combination or a series connection of these options is with an appropriate arrangement of the insertion points also conceivable. Additionally, these options can be used with an inclination of Coolant jet towards the elements forming the intermediate space, d. H. be superimposed on the rotor or the stator.

Vorzugsweise wird als Kühlmittel mit geringer Viskosität, d. h. mit einer geringen inneren Reibung infolge von Kraftwirkungen zwischen den Molekülen verwendet, beispielsweise in Form von niederviskosen Öl.Preferably, as a low viscosity coolant, i.e. H. with a low internal friction due to force effects between the Molecules used, for example in the form of low-viscosity oil.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit der Abfuhr von Wärme auch an den kritischen Bereichen, welche mittels konventionellen Kühlanordnungen bisher nur ungenügend gekühlt werden konnten. Gleichzeitig bietet die Verwendung von Öl zusätzlich die Möglichkeit des Korrossionsschutzes des Rotors.The solution according to the invention offers the possibility of dissipating heat also in the critical areas, which by means of conventional Cooling arrangements have so far been insufficiently cooled. At the same time, the use of oil also offers the possibility of Corrosion protection of the rotor.

Die Führung des Kühlmittels kann
The coolant can be guided

  • 1) wie bereits oben ausgeführt, in einem offenen Kreislauf mit einem Sammelbehälter, mit evt. vorzusehender Pumpeneinrichtung zur Förderung des Kühlmittels in der Einlaßleitung, welche den Sammelbehälter mit der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine, bzw. mit den, den Zwischenräumen zugeordneten Einbringstellen verbindet, oder aber1) As already stated above, in an open circuit with one Collecting container, with possibly to be provided pump device for Promotion of the coolant in the inlet line, which the  Collection container with the AC machine, especially the Transversal flow machine, or with the, the gaps connects associated insertion points, or
  • 2) in einem geschlossenen Kreislauf, welchem entsprechende Kühleinrichtungen zugeordnet sein können, erfolgen.2) in a closed circuit, which corresponding Cooling devices can be assigned to take place.

Im erstgenannten Fall kann das Kühlmittel im Sammelbehälter zwischengespeichert und dann direkt über die Pumpeneinrichtung wieder der Einbringstelle zugeführt werden. In diesem Fall findet eine Abkühlung des Kühlmittels allein aufgrund der Zwischenspeicherung im Sammelbehälter statt. Vorzugweise wird das Kühlmittel jedoch im offenen Kreislauf über eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines Kühlers oder eines Wärmetauschers in der Einlaßleitung geführt. Ein offener Kreislauf bietet zudem den Vorteil der freien Dosierbarkeit der einzubringenden Kühlmittelmenge. Die Pumpeneinrichtung kann auch durch die Wechselstrommaschine wenigstens mittelbar, vorzugsweise jedoch direkt angetrieben werden. In diesem Fall ist der Kühlmittelstrom proportional zur Rotordrehzahl und der anfallenden Verlustmenge.In the former case, the coolant can be in the collection container temporarily stored and then directly again via the pump device be brought to the collection point. In this case, the Coolant is held solely due to the temporary storage in the collection container. However, the coolant is preferably in the open circuit via a Cooling device, for example in the form of a cooler or Heat exchanger performed in the inlet line. An open cycle offers also the advantage of the free meterability of the to be introduced Amount of coolant. The pump device can also by AC machine at least indirectly, but preferably directly are driven. In this case, the coolant flow is proportional to Rotor speed and the amount of loss.

Im geschlossenen Kreislauf wird das Kühlmittel in der Regel fortlaufend zwischen Ablauf und Einbringstelle geführt. Diesen kann ebenfalls eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Form eines Wärmetauschers oder eines Kühlers zugeordnet sein. Dem geschlossenen Kreislauf können jedoch auch durch Zuordnung von Zufuhr- und Abfuhrleitungen und Möglichkeiten der Zu- und Abschaltung dieser Leitungen Mittel zum Austausch von Kühlmittel zugeordnet sein, welche die Einhaltung einer bestimmten Temperatur des den Einbringstellen zugeführten Kühlmittels einhalten.In the closed circuit, the coolant is usually continuous between the process and the collection point. This can also be a Cooling device, for example in the form of a heat exchanger or Be assigned cooler. The closed cycle can also by assigning supply and discharge lines and options for supply and switching off these lines means for exchanging coolant be assigned, which the compliance with a certain temperature of the Comply with the coolant supply points.

Bei Kühlung des Kühlmittels mittels eines Wärmetauschers, besteht die Möglichkeit, daß letzterer von einem zweiten Kühlmedium durchströmt wird, welches Bestandteil eines unabhängigen Kühlkreislaufes ist. Beispielsweise wird das Kühlmittel der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine durch den Kühlwasserkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors zurückgekühlt. Eine derartige Ausführung ist insbesondere in dieselelektrischen Antrieben anwendbar.When cooling the coolant by means of a heat exchanger, there is Possibility that a second cooling medium flows through the latter, which is part of an independent cooling circuit. For example  the coolant of the AC machine, especially the Transversal flow machine through the cooling water circuit one Internal combustion engine, preferably cooled down a diesel engine. Such an embodiment is particularly in diesel-electric drives applicable.

In beiden Kreisläufen können des weiteren Mittel zur Beeinflussung der Durchflußmengen eingesetzt werden.In both circuits, means for influencing the Flow rates are used.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit den Kühlmittelkreislauf mit einer Steuerung zur aktiven Beeinflussung, insbesondere der Einstellbarkeit von Einbringmenge, Einbringdauer und Einbringwinkel in Abhängigkeit von der Belastung zu koppeln. Dazu kann beispielsweise eine, die Belastung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe überwacht werden. Der Einbringdruck kann ebenfalls einstellbar sein.The coolant circuit can also be controlled by a controller for active influencing, especially the adjustability of Application quantity, application time and application angle depending on the Coupling load. This can include, for example, the burden at least indirectly characterizing variable are monitored. The introduction pressure can also be adjustable.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Wechselstrommaschinen unterschiedlichsten Aufbaus anwendbar. Diese ist daher sowohl bei Wechselstrommaschinen, insbesondere Transversalflußmaschinen mit im wesentlichen symmetrischen Aufbau, d. h. bei Transversalflußmaschinen mit einem Rotor mit sich beidseitig von einer zentralen Trägerscheibe in axialer Richtung erstreckenden Polstrukturen als auch bei Ausführungen mit nur einer Polstruktur einsetzbar. Des weiteren sind auch Anwendungen mit Wechselstrommaschinen, welche nur einem Zwischenraum zwischen Rotor und Stator bilden, denkbar. Die Anzahl der möglichen, mit Kühlmittel zu versorgenden Zwischenräume ist dabei abhängig vom Aufbau der Wechselstrommaschine.The solution according to the invention is for AC machines different structures applicable. This is therefore both at AC machines, especially transverse flux machines with im essentially symmetrical structure, d. H. with transverse flux machines with a rotor with itself on both sides of a central carrier disk in the axial Direction extending pole structures as well as versions with only one Pole structure can be used. Applications are also included AC machines that only have a space between the rotor and form the stator, conceivable. The number of possible coolants too supplying spaces depends on the structure of the AC machine.

Die erfindungsgemäße Kühlung kann auch als Maßnahme zur zusätzlichen Kühlung in Kombination mit herkömmlichen Kühlmaßnahmen bei jeder Art von Wechselstrommaschinen eingesetzt werden. The cooling according to the invention can also be used as a measure for additional Cooling in combination with conventional cooling measures for every type of AC machines are used.  

Die konkrete und detaillierte konstruktive Ausführung, insbesondere die Gestaltung der Verbindungsleitungen und Kanäle zwischen Zwischenraumaustritt und der Einbringstelle liegt im Ermessen des Fachmannes.The concrete and detailed construction, in particular the Design of the connecting lines and channels between Intermediate space exit and the collection point is at the discretion of the Professional.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.The achievement of the object is described below with reference to Figures explained.

Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch anhand eines Axialschnittes den Aufbau einer Wechselstrommaschine in Form einer Transversalflußmaschine 1 in Einbaulage in stark vereinfachter Darstellung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde für einen Teil der rotationssymmetrischen Bauteile auf die Darstellung der Schraffur verzichtet. Die Transversalflußmaschine 1 umfaßt einen Rotor 2 und einen Stator 3. Der Rotor 2 umfaßt eine in einem Statorgehäuse 4 gelagerte Rotorwelle 5 mit einer darauf drehfest befestigten und sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden zentralen Trägerscheibe 6, an deren Stirnseiten beidseitig jeweils zur Rotordrehachse A koaxial angeordnete Polstrukturen - eine erste Polstruktur 7 und eine zweite Polstruktur 8 vorgesehen sind. Jede Polstruktur 7 bzw. 8 umfaßt zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und jeweils durch eine Zwischenlage 9 bzw. 10 aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material getrennte Reihen 11 und 12 bzw. 13 und 14 aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten 15 mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen 16. Stirnseitig ist im dargestellten Fall jeder Polstruktur 7 bzw. 8 ein Endring 17 bzw. 18 zugeordnet. Fig. 1 illustrates schematically with the aid of an axial section the structure of an AC machine in the form of a transverse flux motor 1 in the installation position in a greatly simplified representation. For reasons of clarity, the hatching is not shown for some of the rotationally symmetrical components. The transverse flux machine 1 comprises a rotor 2 and a stator 3 . The rotor 2 comprises a shaft supported in a stator 4 rotor shaft 5 with a non-rotatably mounted thereon and extending substantially in a radial direction central support plate 6 on both sides in each case coaxially arranged at the end faces of the rotor axis of rotation A pole structures - a first pole structure 7 and a second pole structure 8 are provided. Each pole structure 7 and 8 comprises two juxtaposed in the axial direction and in each case by an intermediate layer 9 and 10 separate from magnetic and electrically non-conductive material, rows 11 and 12 or 13 and 14 alternately magnetized in the circumferential direction of the magnet 15 with intervening soft iron elements 16 . In the case shown, each pole structure 7 or 8 is assigned an end ring 17 or 18 at the end .

Der Stator 3 weist einen Grundkörper auf, in welchem in Umfangsrichtung verlaufende, radial äußere und/oder radial innere Ankerwicklungen, im dargestellten Fall 21 bzw. 23 und 20 bzw. 22 untergebracht sind. Diese sind von axial verlaufenden Schnittbandkernen 24, 25 bzw. 26 und 27 umgeben. Die Ankerwicklungen 21 und 23 bilden mit den zugehörigen Schnittbandkernen 25 und 27 bezogen auf die Einbaulage in radialer Richtung jeweils einen inneren Statorteil 28 bzw. 29, die Ankerwicklungen 20 und 22 bilden mit den Schnittbandkernen 24 und 25 jeweils einen äußeren Statorteil 30 bzw. 31.The stator 3 has a base body, in which radially outer and / or radially inner armature windings running in the circumferential direction, in the illustrated case 21 or 23 and 20 or 22 , are accommodated. These are surrounded by axially running cutting band cores 24 , 25 or 26 and 27 . The armature windings 21 and 23 form an inner stator part 28 and 29 with the associated cutting band cores 25 and 27 in relation to the installation position in the radial direction, the armature windings 20 and 22 each form an outer stator part 30 and 31 with the cutting band cores 24 and 25 .

Der innere Durchmesser di und der Außendurchmesser da des Rotors 2 ist derart zu den Abmessungen der Statorteile 28 und 29 bzw. 30 und 31 gewählt, daß zwischen Rotor 2 und Stator 3 auch als Luftspalt bezeichnete Zwischenräume ausgebildet sind. Ein erster Zwischenraum 32 zwischen inneren Statorteil 28 und dem Rotor 2, ein zweiter Zwischenraum 33 zwischen innerem Statorteil 29 und ein dritter sowie vierter Zwischenraum 34 und 35 sind jeweils zwischen den äußeren Statorteilen 30 und 31 und dem Rotor 2 gebildet.The inner diameter d i and the outer diameter d a of the rotor 2 are selected for the dimensions of the stator parts 28 and 29 or 30 and 31 such that spaces are also formed between the rotor 2 and the stator 3, also referred to as an air gap. A first space 32 between the inner stator part 28 and the rotor 2 , a second space 33 between the inner stator part 29 and a third and fourth space 34 and 35 are each formed between the outer stator parts 30 and 31 and the rotor 2 .

Der Transversalflußmaschine 1 ist eine Kühlvorrichtung 36 zugeordnet. Diese umfaßt einen offenen Kühlmittelkreislauf 37. Der Kühlmittelkreislauf 37 umfaßt einen Behälter 38, welcher bezogen auf die Rotorachse A im wesentlichen unterhalb von den radial äußeren Zwischenräumen 34 und 35 angeordnet ist. Der Behälter 38 ist über eine zentrale Zufuhrleitung 39, welche im dargestellten Fall in zwei Teilleitungen 40 und 41 verzweigt, die sich in axialer Richtung jeweils in einen Bereich, der außerhalb der Polstrukturen 7 und 8 liegt, erstrecken. Diese Teilleitungen 40 und 41 dienen im dargestellten Fall zur Einbringung von Kühlmittel, insbesondere der Kühlflüssigkeit, in die einzelnen Zwischenräume 32 bis 35 zwischen Rotor 2 und Stator 3. Zu diesem Zweck sind im Bereich der Einbringstellen, d. h. der Mündungen der Teilleitungen in die Zwischenräume 32 bis 35 entsprechende, hier im einzelnen nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen, welche das Kühlmittel unter einem vorzugsweise leichten Überdruck in die jeweiligen Zwischenräume 32 bis 35 eingeben. Dazu können beispielsweise entsprechend gestaltete Düsen eingesetzt werden. Im einzelnen versorgt hier die Teilleitung 40 die beiden Zwischenräume 32 und 34 und die Teilleitung 41 die beiden Zwischenräume 33 und 35.The transverse flux machine 1 is assigned a cooling device 36 . This includes an open coolant circuit 37 . The coolant circuit 37 comprises a container 38 which, with respect to the rotor axis A, is arranged essentially below the radially outer intermediate spaces 34 and 35 . The container 38 is via a central feed line 39 which, in the case shown, branches into two sub-lines 40 and 41 , each of which extends in the axial direction into a region which lies outside the pole structures 7 and 8 . In the case shown, these sub-lines 40 and 41 serve to introduce coolant, in particular the coolant, into the individual intermediate spaces 32 to 35 between rotor 2 and stator 3 . For this purpose, corresponding devices, not shown here in detail, are provided in the area of the introduction points, ie the outlets of the partial lines into the interspaces 32 to 35 , which enter the coolant into the respective interspaces 32 to 35 under a preferably slight excess pressure. Appropriately designed nozzles can be used for this purpose, for example. Specifically, the partial line 40 supplies the two spaces 32 and 34 and the partial line 41 the two spaces 33 and 35 .

Als Kühlmittel findet vorzugsweise Kühlflüssigkeit in Form von Öl mit geringer Viskosität Anwendung. Dieses wird im wesentlichen aus den Leitungen 40 und 41 direkt auf den Rotoraußenmantel 42 und in den radial inneren Zwischenraum 32 bzw. 33 eingesprüht. Ein erheblicher Teil des eingesprühten Kühlmittels tritt dabei in direkten Kontakt mit dem Rotor 2 und ermöglicht durch Wärmeübergang vom Rotor 2 und Wärmeströmung innerhalb des Kühlmittels einen Wärmeabfuhr vom Rotor 2. Das Kühlmittel wird dann in Rotordrehrichtung mitgerissen und sammelt sich schließlich im radial äußeren Bereich der Transversalflußmaschine 1, insbesondere im radial äußeren Bereich des Grundkörpers des Stators 3 in Einbaulage unterhalb der Rotordrehachse A, d. h. in Wirkungsrichtung der Schwerkraft sozusagen am Boden 46 der Grundkörperinnenwand 45 an. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise beim dargestellten symmetrischen Aufbau der Transversalflußmaschine zwischen den einzelnen Statorteilen des Außenstators in der Innenwand eine in Umfangsrichtung des Grundkörpers und koaxial zur Rotordrehachse ringförmige Ausnehmung 47 eingearbeitet. An diese Ausnehmung ist eine zentrale Abführleitung 48 ankoppelbar. Diese erstreckt sich beispielsweise durch einen Teil des Grundkörpers und mündet in den offenen Behälter 38. Die Entleerung erfolgt dabei im wesentlichen unter dem Einfluß der Schwerkraft in den offenen Behälter 38. Das Kühlmittel strömt somit ständig um.Coolant in the form of low viscosity oil is preferably used as the coolant. This is sprayed essentially from the lines 40 and 41 directly onto the rotor outer jacket 42 and into the radially inner space 32 and 33, respectively. A significant part of the sprayed coolant in direct contact occurs with the rotor 2 and allows heat transfer from the rotor 2 and the heat flow inside of the refrigerant heat dissipation from the rotor. 2 The coolant is then entrained in the direction of rotation of the rotor and finally collects in the radially outer region of the transverse flux machine 1 , in particular in the radially outer region of the base body of the stator 3 in the installed position below the rotor axis of rotation A, ie in the direction of gravity, so to speak, on the bottom 46 of the base body inner wall 45 . For this purpose, a recess 47 which is annular in the circumferential direction of the base body and coaxial with the rotor axis of rotation is preferably machined in the inner wall in the symmetrical construction of the transverse flux machine between the individual stator parts of the outer stator. A central discharge line 48 can be coupled to this recess. This extends, for example, through part of the base body and opens into the open container 38 . The emptying takes place essentially under the influence of gravity in the open container 38 . The coolant therefore flows around continuously.

Der Begriff Leitung soll sich dabei nicht nur auf das rohr- oder schlauchförmige Element beziehen sondern auch jegliche Form zur Führung von Kühlmittel, insbesondere Kühlflüssigkeit, d. h. beispielsweise auch auf im Statorgehäuse bzw. im Grundkörper des Stators 3 angeordeten Kanälen, umfassen. The term line is intended not only to refer to the tubular or tubular element, but also to include any form for guiding coolant, in particular coolant, ie, for example, also on channels arranged in the stator housing or in the base body of the stator 3 .

Zur Förderung des Kühlmittels vom Sammelbehälter 38 zu den Einbringstellen bzw. den Zwischenräumen erfolgt im dargestellten Fall mittels einer Pumpeneinrichtung 50. Im offenen Kreislauf 37 ist des weiteren eine Kühleinrichtung in Form eines Kühlers 51 vorgesehen.In the case shown, a pump device 50 is used to convey the coolant from the collecting container 38 to the introduction points or the intermediate spaces. A cooling device in the form of a cooler 51 is also provided in the open circuit 37 .

Zusätzlich sind im Kreislauf 37 Mittel zur Beeinflussung der Durchflußmenge, beispielsweise in Form von Drosseln 52 vorgesehen.In addition, means 37 for influencing the flow rate, for example in the form of throttles 52, are provided in the circuit.

Die Fig. 2 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes beispielhaft die Möglichkeit der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Wechselstrommaschine mit Drehfelderzeugung in Form einer Drehstom-Asynchronmaschine. Diese ist hier mit 50 bezeichnet. Die Drehstrom-Asynchronmaschine umfaßt einen Stator 51 und einen Rotor 52, wobei der Stator 51 dem Rotor 52 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise unter Entstehung eines Zwischenraues 53 umschließt. Der Stator 51, welcher auch Primärteil genannt wird, umfaßt eine Drehstromwicklung 54, während der Rotor 52 mit einer sogenannten Kurzschlußwicklung 55 versehen ist. Die Leistung wird mittels des im Stator erzeugten Drehfeldes auf den asynchron rotierenden Rotor 52 übertragen. Stator 51 und Rotor 52 sind in einem Gehäuse 56 angeordnet. Das Prinzip der Direkteinspritzung wird mit Hilfe einer Kühlvorrichtung 57 in Form eines offenen Kreislaufes realisiert. Als Behälter 58 dient in diesem Fall das Gehäuse 56. Es ist jedoch auch denkbar, daß ein Behälter oder Tank genutzt wird, welcher sich außerhalb des Gehäuses 56 befindet. Fig. 2 illustrates in a schematically simplified representation of an axial section on the basis of example the possibility of using the method of the invention in an alternating current machine with rotating field generation in the form of an asynchronous machine Drehstom. This is designated here by 50 . The three-phase asynchronous machine comprises a stator 51 and a rotor 52 , the stator 51 at least partially enclosing the rotor 52 in the circumferential direction with the formation of an intermediate space 53 . The stator 51 , which is also called the primary part, comprises a three-phase winding 54 , while the rotor 52 is provided with a so-called short-circuit winding 55 . The power is transferred to the asynchronously rotating rotor 52 by means of the rotating field generated in the stator. Stator 51 and rotor 52 are arranged in a housing 56 . The principle of direct injection is implemented with the aid of a cooling device 57 in the form of an open circuit. In this case, the housing 56 serves as the container 58 . However, it is also conceivable to use a container or tank which is located outside the housing 56 .

Im dargestellten Fall steht ein Teil des über den offenen Kreislauf 57 in das Gehäuse eingebrachten Kühlmittels sowohl bei rotierendem Rotor als auch bei stehendem Rotor in den Stirnräumen 58 und 59, welche jeweils vom Stator bzw. Rotor 51 und 52 und der Gehäusewand des Gehäuses 56 gebildet werden. Von dort gelangt es über wenigstens einen Auslaß 60 in ein Leitungssystem 61 über Pumpeinrichtungen 62 und evt. wie hier dargestellt über einen Filter 63 und eine Drossel 64 zu Einführöffnungen, hier beispielshaft 65 und 67, am Gehäuse 56, über welche das Kühlmittel mittels entsprechender Einrichtungen eingespritzt oder - gedüst wird. Im dargestellten Fall wird das Kühlmittel im einzelnen auf den Wickelkopf 54 und/oder den Rotorkurzschlußring 55 und/oder Bohrungen bzw. Kanälen 66 im Rotorblechpaket und/oder in die Zwischenräume 53 aufgebracht.In the case shown, part of the coolant introduced into the housing via the open circuit 57 is in the end spaces 58 and 59 , both when the rotor is rotating and when the rotor is stationary, which is formed in each case by the stator or rotor 51 and 52 and the housing wall of the housing 56 will. From there it arrives via at least one outlet 60 into a line system 61 via pump devices 62 and possibly, as shown here, via a filter 63 and a throttle 64 to insertion openings, here 65 and 67 , for example, on the housing 56 , via which the coolant by means of appropriate devices injected or - injected. In the case shown, the coolant is applied in detail to the winding head 54 and / or the rotor short-circuit ring 55 and / or bores or channels 66 in the rotor laminated core and / or in the spaces 53 .

Bei Ausführung eines Rotors 52 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Kanälen 66, sind diese vorzugsweise auf einem gemeinsamen Durchmesser bezogen auf die theoretische Rotorachse ARtheoretisch angeordnet. Diese Kanäle 66 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung des Rotors 52 zwischen den beiden Stirnseiten des Rotors. Die Auslegung hinsichtlich Größe, Verlauf und Abstand zur theoretischen Rotorachse ARtheoretisch liegt dabei im Ermessen des Fachmannes. Bei zusätzlichem Vorsehen von Kanälen 68 im Stator 51 bildet sich aufgrund der Rotorrotation zwischen den Kanälen 66 und 68 bei entsprechender Drehrichtung des Rotors 52 bei einer bestimmten Einspritzrichtung ein sogenannter innerer Kreislauf aus, welcher Flüssigkeit aus den stirnseitigen Bereichen 58 bzw. 59 durch die Kanäle 68 im Stator 51 und die Kanäle 66 im Rotor 52 befördert und im Kreislauf führt. Dieser Effekt schafft dann eine zusätzliche Kühlmöglichkeit für den Stator. Es besteht dabei- d. h. nur bei Einspritzung von Kühlmittel in die Kanäle 66 oder bei zusätzlicher Führung im Kreislauf die Möglichkeit, bei bereits erhältlichen Asynchronmaschinen, welche zum Zwecke der Kühlung entsprechende Bohrungen im Rotor und im Stator enthalten und diese zur Realisierung eines internen Luftkreislaufes nutzen, ohne Veränderung dieser Kanäle für den internen Kühlmittelkreislauf zu verwenden.If a rotor 52 is designed with a plurality of channels 66 arranged distributed in the circumferential direction, these are preferably arranged on a common diameter in relation to the theoretical rotor axis A R theoretically. These channels 66 preferably extend over the entire axial extent of the rotor 52 between the two end faces of the rotor. The interpretation with regard to size, course and distance from the theoretical rotor axis A R theoretically is at the discretion of the person skilled in the art. If channels 68 are additionally provided in the stator 51 , due to the rotor rotation between the channels 66 and 68, with a corresponding direction of rotation of the rotor 52, a so-called inner circuit is formed in a specific injection direction, which circulates liquid from the end regions 58 and 59 through the channels 68 conveyed in the stator 51 and the channels 66 in the rotor 52 and leads in the circuit. This effect then creates an additional cooling option for the stator. There is the possibility - ie only when coolant is injected into the channels 66 or with additional guidance in the circuit - with already available asynchronous machines which contain corresponding bores in the rotor and in the stator for cooling and which use these to implement an internal air circuit. to be used for the internal coolant circuit without changing these channels.

Die dargestellte Form der Einbringung stellt eine von vielen Möglichkeiten dar. Es ist somit auch eine Einbringung seitlich denkbar. Dabei kann jede beliebige Einbringrichtung realisiert werden. Auch hinsichtlich der Zahl der Einbringstellen ist die vorliegende Ausführung nicht begrenzt.The form of insertion shown is one of many possibilities. It is therefore also conceivable to introduce it laterally. Anyone can  any direction of insertion can be realized. Also with regard to the number of The present version is not limited to insertion points.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist hinsichtlich seiner Anwendbarkeit nicht auf eine bestimmte Funktionsweise der Wechselstrommaschine sowie einen bestimmten Aufbau beschränkt. Es ist lediglich sicherzustellen, daß im Bereich des Außenumfanges des Rotors ein Kühlmittelsumpf vorhanden ist, aus welchem aufgrund der Rotorrotation Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel mitgerissen und somit zerstäubt wird.The method according to the invention is not applicable in terms of its applicability to a specific mode of operation of the AC machine and one certain structure limited. It is only necessary to ensure that in A coolant sump is present in the area of the outer circumference of the rotor, from which due to the rotor rotation coolant or coolant carried away and thus atomized.

Für die Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufes und die detaillierte Ausführung der Einspritzmittel gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Entscheidend ist, daß die Einbringmenge in den entsprechenden Zwischenräumen oder den entsprechenden Bereichen der zu kühlenden Bauteile, derart gewählt wird, daß ein optimales Kühlergebnis ohne eine Verringerung des Wirkungsgrad es bei sehr hohen Drehzahlen, d. h. Umfangsgeschwindigkeiten, da das eingebrachte Kühlmittel mit dem Rotor mitgerissen wird. Die konkrete Auslegung erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Einsatzfalles.For the design of the coolant circuit and the detailed design There are a multitude of options for the injection medium. It is crucial that the contribution in the corresponding gaps or the corresponding areas of the components to be cooled are selected in such a way that an optimal cooling result without a reduction in efficiency it at very high speeds, d. H. Peripheral speeds since that brought in coolant is entrained with the rotor. The concrete one Design takes place according to the requirements of the application.

Claims (33)

1. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine, mit einem Rotor und einem Stator, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
ein Kühlmittel wird mit wenigstens geringem Überdruck direkt im Bereich der zu kühlenden Teile im Gehäuse eingebracht und nach Wärmeaufnahme aus diesem herausgeführt.
1. Method for cooling an AC machine, with a rotor and a stator, characterized by the following feature:
a coolant is introduced with at least a slight overpressure directly in the area of the parts to be cooled in the housing and is led out of the housing after heat absorption.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf zwischen einem Ablauf und wenigstens einer Einbringstelle geführt wird.2. The method according to claim 2, characterized in that the Coolant in a closed circuit between a drain and at least one collection point is managed. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem offenen Kreislauf zwischen einem Ablauf und wenigstens einer Einbringstelle geführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the Coolant in an open circuit between an outlet and at least one collection point is managed. 4. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine, insbesondere einer Transversalflußmaschine, mit einem Rotor und einem Stator, welche wenigstens jeweils einen radial inneren und/oder einen radial äußeren Zwischenraum miteinander bilden, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
ein Kühlmittel wird mit wenigstens geringem Überdruck direkt in wenigstens einen der Zwischenräume eingebracht und nach Wärmeaufnahme aus diesem herausgeführt.
4. A method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine, with a rotor and a stator, which each form at least one radially inner and / or one radially outer intermediate space, characterized by the following feature:
a coolant is introduced with at least a slight excess pressure directly into at least one of the intermediate spaces and, after absorbing heat, is led out of it.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf zwischen einem Ablauf und wenigstens einer, dem Zwischenraum zugeordneten Einbringstelle geführt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the Coolant in a closed circuit between a drain and at least one insertion point assigned to the intermediate space to be led.   6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem offenen Kreislauf zwischen einem Ablauf und wenigstens einer, dem Zwischenraum zugeordneten Einbringstelle geführt wird.6. The method according to claim 4, characterized in that the Coolant in an open circuit between an outlet and at least one insertion point assigned to the intermediate space to be led. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Kühlmittel über eine Vielzahl in einem bestimmten Abstand in Umfangsrichtung voneinander angeordneten Einbringstellen in den Zwischenraum eingebracht wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized that the coolant in a variety at a certain distance in Introductory points arranged circumferentially from one another in the Space is introduced. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Kühlmittel über einen, sich in Umfangsrichtung festlegbar erstreckenden Bereich in den Zwischenraum eingebracht wird.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized that the coolant can be fixed in the circumferential direction extending area is introduced into the intermediate space. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem Winkel zur Rotationsrichtung des Rotors und/oder zum Rotor und/oder Stator eingebracht wird.9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the coolant at an angle to the direction of rotation of the rotor and / or is introduced to the rotor and / or stator. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel senkrecht zur Rotationsrichtung des Rotors eingebracht wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the Coolant is introduced perpendicular to the direction of rotation of the rotor. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in Rotationsrichtung des Rotors eingebracht wird.11. The method according to claim 9, characterized in that the Coolant is introduced in the direction of rotation of the rotor. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel entgegen der Rotationsrichtung des Rotors eingebracht wird.12. The method according to claim 6, characterized in that the Coolant is introduced against the direction of rotation of the rotor. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Einbringung des Kühlmittels einstellbar ist. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the duration of introduction of the coolant is adjustable.   14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung und die Abfuhr des Kühlmittels während des Betriebes kontinuierlich erfolgt.14. The method according to claim 13, characterized in that the Introduction and removal of the coolant during operation done continuously. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingebrachten Kühlmittels veränderlich einstellbar ist.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized characterized in that the amount of coolant introduced is variably adjustable. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbringwinkel veränderlich einstellbar ist.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized characterized in that the insertion angle is variably adjustable. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des einzubringenden Kühlmittels frei einstellbar ist.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that the pressure of the coolant to be introduced is free is adjustable. 18. Wechselstrommaschine
  • 18.1 mit einem, in einem Gehäuse angeordneten Rotor und einem Stator;
  • 18.2 mit wenigstens einer Kühleinrichtung; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 18.3 die Kühleinrichtung umfaßt wenigstens einen Kühlkreislauf, welcher wenigstens mittelbar den Ablauf aus dem Gehäuse mit wenigstens einer Einbringstelle für Kühlmittel im Gehäuse verbindet;
  • 18.4 die Kühleinrichtung umfaßt Mittel, welche im Bereich der Einbringstelle dem Kühlmittel wenigstens einen geringen Überdruck aufprägen.
18. AC machine
  • 18.1 with a rotor and a stator arranged in a housing;
  • 18.2 with at least one cooling device; characterized by the following features:
  • 18.3 the cooling device comprises at least one cooling circuit which at least indirectly connects the outlet from the housing to at least one introduction point for coolant in the housing;
  • 18.4 the cooling device comprises means which impress at least a slight overpressure on the coolant in the area of the introduction point.
19. Wechselstrommaschine,
  • 19.1 mit einem Rotor;
  • 19.2 mit einem Stator;
  • 19.3 mit wenigstens einer Kühleinrichtung;
  • 19.4 Rotor und Stator bilden in radialer Richtung wenigstens jeweils einen inneren und einen äußeren Zwischenraum; gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
  • 19.5 die Kühleinrichtung umfaßt wenigstens einen, wenigstens einem Zwischenraum zugeordneten Kühlkreislauf, welcher wenigstens mittelbar den Ablauf aus dem Zwischenraum mit der Einbringstelle in den Zwischenraum verbindet;
  • 19.6 die Kühleinrichtung umfaßt Mittel, welche im Bereich der Einbringstelle dem Kühlmittel wenigstens einen geringen Überdruck aufprägen.
19. AC machine,
  • 19.1 with a rotor;
  • 19.2 with a stator;
  • 19.3 with at least one cooling device;
  • 19.4 The rotor and stator form at least one inner and one outer space in the radial direction; characterized by the following characteristic:
  • 19.5 the cooling device comprises at least one cooling circuit associated with at least one intermediate space, which at least indirectly connects the outlet from the intermediate space with the introduction point into the intermediate space;
  • 19.6 the cooling device comprises means which impress at least a slight overpressure on the coolant in the area of the introduction point.
20. Wechselstrommaschine nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 20.1 es ist ein gemeinsamer Kühlkreislauf für jeden der Zwischenräume vorgesehen;
  • 20.2 der Kühlkreislauf umfaßt eine zentrale Ablaufleitung, welche mit den Ausgängen aus den Zwischenräumen koppelbar ist und eine zentrale Zuführleitung, welche mit einer Vielzahl von Verbindungsleitungen zu den einzelnen Einbringstellen der Zwischenräume koppelbar ist.
20. AC machine according to claim 19, characterized by the following features:
  • 20.1 there is a common cooling circuit for each of the spaces;
  • 20.2 the cooling circuit comprises a central drain line which can be coupled to the exits from the intermediate spaces and a central feed line which can be coupled to the individual introduction points of the intermediate spaces by a large number of connecting lines.
21. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist.21. AC machine according to one of claims 18 to 20, characterized characterized in that the coolant circuit as a closed circuit is executed. 22. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf als offener Kreislauf ausgeführt ist.22. AC machine according to one of claims 18 to 20, characterized characterized in that the coolant circuit as an open circuit is executed. 23. Wechselstrommaschine nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 23.1 der Kühlmittelkreislauf umfaßt einen Sammelbehälter;
  • 23.2 der Sammelbehälter ist in Einbaulage unterhalb der unteren radial äußeren Zwischenräume angeordnet;
  • 23.3 dem Sammelbehälter ist eine Pumpeneinrichtung nachgeschaltet, welche das Kühlmittel zu den Zwischenräumen fördert.
23. AC machine according to claim 20, characterized by the following features:
  • 23.1 the coolant circuit comprises a collecting container;
  • 23.2 the collecting container is arranged in the installed position below the lower radially outer spaces;
  • 23.3 a pump device, which conveys the coolant to the intermediate spaces, is connected downstream of the collecting container.
24. Wechselstrommaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß diese die Pumpeneinrichtung im Kühlkreislauf antreibt.24. AC machine according to claim 22, characterized in that that this drives the pump device in the cooling circuit. 25. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Überdruckerzeugung eine entsprechend gestaltete Düse ist.25. AC machine according to one of claims 18 to 23, characterized characterized in that the means for generating positive pressure appropriately designed nozzle. 26. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelkreislauf Mittel zur Kühlung angeordnet sind.26. AC machine according to one of claims 18 to 24, characterized characterized in that means for cooling in the coolant circuit are arranged. 27. Wechselstrommaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Wärmetauscher ist.27. AC machine according to claim 25, characterized in that that the agent is a heat exchanger. 28. Wechselstrommaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher von einem zweiten Kühlmedium, welches Teil eines unabhängigen Kühlkreislaufes ist, durchströmt wird.28. AC machine according to claim 26, characterized in that that the heat exchanger from a second cooling medium, which part of an independent cooling circuit is flowed through. 29. Wechselstrommaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Kühler ist.29. AC machine according to claim 26, characterized in that the agent is a cooler. 30. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung der Einbringmenge und/oder Einspritzdauer des Kühlmittels vorgesehen sind.30. AC machine according to one of claims 18 to 28, characterized characterized in that means for adjusting the amount introduced and / or Injection duration of the coolant are provided. 31. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel niederviskoses Öl ist. 31. AC machine according to one of claims 18 to 29, characterized characterized in that the coolant is low-viscosity oil.   32. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Transversalflußmaschine ist.32. AC machine according to one of claims 18 to 30, characterized characterized in that this is a transverse flux machine. 33. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Asynchronmaschine ist.33. AC machine according to one of claims 18 to 30, characterized characterized that this is an asynchronous machine.
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